РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА СТРУКТУРНО-ТЕКТОНОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Методической основой выполненных исследований являлись кинематические способы
изучения трещинно-разрывных структур в сочетании с традиционными
геолого-структурными методиками.
Исходными данными для кинематических способов служат пространственные,
масштабные и кинематические характеристики тектонических нарушений
(ориентировка и масштаб зеркал скольжения, трещин и разрывов, ориентировка
штрихов и борозд скольжения на их стенках, характер смещения крыльев).
Сбор, систематика и первичная обработка этих данных осуществляется в процессе
геологической съёмки или при целенаправленных полевых тектонофизических
исследованиях. В зависимости от структурной позиции и условий обнажённости
данные о разрывных смещениях объединяются в группы по 10-20 штук. По ним
составляются кинематические стереограммы, производится их интерпретация,
результаты которой впоследствии сводятся на геологической графике. Помимо
сведений о хрупких деформациях, фиксируются по возможности, все проявления
пластических деформаций, жилы и их минеральное заполнение.
Реконструкции параметров полей напряжений производятся на трёх структурных
уровнях:
- локальном (отдельные обнажения, горные выработки);
- мезорегиональном (шахтное поле, группа шахт);
- региональном (район в целом).
Наиболее простым вариантом интерпретации структур тектонического разрушения с
целью реконструкции направлений действия главных нормальных напряжений является
хорошо известный способ сопряжённых пар сколовых трещин, который использует
гипотезу о максимальных касательных напряжениях и связывает возникновение
сколовых нарушений с действием касательных напряжений на так называемых
сопряжённых площадках, занимающих определённое положение относительно осей
главных нормальных напряжений. Соотношения между пространственной ориентировкой
разрывов и тектоническими напряжениями, предполагаемые этой гипотезой создают
принципиальную возможность решения задач двух типов:
- по известным в каждой точке пространства напряжениям определить ориентировку
и тип разрывов, которые могут возникнуть вследствие действия этих напряжений;
- по наблюдающимся разрывам в каждой точке пространства реконструировать
ориентировку осей напряжений, породивших эти разрывы.
Геометрические приёмы решения этих задач были предложены в своё время
М.В.Гзовским [24]. Однако использование этих методов ограничивалось условием
однородности и изотропности горного массива в момент возникновения нарушений.
Повсеместное же распространение в горных породах различных по масштабам и
ориентировкам в пространстве ослабленных поверхностей (это и уже существующие
тектонические трещины более ранних стадий деформаций, и границы раздела пород с
различными физико-механическими свойствами, и слоистость в разрезе осадочных
толщ) обуславливает существенную неоднородность реальных геологических
объектов.
Реализация сдвиговых смещений по этим ослабленным поверхностям при
деформировании анизотропного объёма, сводит практически на нет возможности
использования данных об ориентации сопряжённых систем сдвиговых поверхностей в
качестве надёжного параметра для реконструкции по ним ориентировки
воздействующих на объём главных напряжений.
О.И.Гущенко и В.А.Корчемагиным [19,25,26] был разработан кинематический метод,
позволяющий решать поставленные выше задачи для анизотропного горного массива.
При этом рассматривается некоторый геологический объём, рассеченный произвольно
ориентированными системами ослабленных поверхностей, в котором действует
однородное по ориентировке главных осей поле напряжений. Деформация в данном
объёме развивается путём смещения по всей совокупности разрывов и ослабленных
поверхностей в соответствии с теорией пластичности Батдорфа-Будянского [27]. В
качестве исходного соотношения, отражающего зависимость между направлениями
смещения вдоль одного разрыва определённого структурного уровня и компонентами
девиатора тензора напряжений вызывающих смещение, рассмотрим систему:
, (2.1)
Здесь - полный вектор напряжений на площадке-разрыве заданный внешней нормалью
;
- единичный вектор, лежащий в плоскости разрыва и отражающий смещение висячего
крыла относительно лежачего, принятого за неподвижное;
- единичный вектор, ортогональный векторам и .
Данная система выражений справедлива – поскольку вектора располагаются в одной
плоскости и, следовательно,
= 0, а > 0 так как угол между векторами и всегда острый.
Введём в рассмотрение правый ортогональный декартов базис {li}, (i = 1,2,3),
орт l3 направлен по оси алгебраически минимального напряжения тензора , орт l1
– по оси алгебраически максимального напряжения |s1| и орт l2 – вдоль
промежуточной оси |s2|. Компоненты векторов в дальнейшем обозначим через ti,
mi, ni |i = 1,2,3|.
Считается, что орт l3 и вектор всегда положительные, т.е. образуют с вертикалью
острые углы. Тогда, используя известные выражения:
s1іs2іs3 и s1+s2+s3=0 (2.2)
-1Ј ms Ј1 (2.3)
(2.4)
Систему (2.1) можно переписать в виде:
(2.5)
(2.6)
Приведенная система отражает два основных принципа ограничения на знаки
направляющих косинусов ti, mi и ni определяющих ориентацию базиса {li}
относительно тройки векторов :
1) знаки m1n1 и m3n3 должны быть одинаковыми;
2) знаки направляющих косинусов t1 и n1 должны быть одинаковыми, а знаки t3 и
n3 – разными.
Эти принципы могут быть наглядно формализованы при помощи несложных графических
построений.
- Київ+380960830922